[实用新型]一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构

说明书

本实用新型公开了一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构，是在传统LED结构的表面制备具有渐变折射率的纳米结构与微透镜阵列从而提高传统LED芯片出光效率。该新型的LED结构包括衬底，形成与衬底上的非掺杂GaN层、形成于所述非掺杂GaN层上的n掺杂GaN层、形成于所述n掺杂GaN层上的多量子阱层，形成于所述多量子阱层上的p掺杂GaN层、形成于所述p掺杂GaN层上的ITO透明电极层、形成于所述ITO透明电极层上的纳米结构，所述的纳米结构包括ITO纳米柱阵列、在ITO纳米柱阵列间隙的聚苯乙烯材料和在表面的微透镜阵列结构。本实用新型提供的新型高效率LED结构，与其他结构相比，出光效率显著提高。

技术领域

本实用新型涉及一种发光二极管，特别是涉及一种一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构。

背景技术

作为传统灯具的替代产品，固态半导体照明光源发展前景广阔,被誉为新一代的光源[Science 308,1274-1278(2005)]。近年来，氮化物半导体器件特别是发光二极管(Light emitting diode，LED)照明器件取得了重大的进展，已经广泛应用于白光照明、指示灯、信号和彩色显示等领域[Photonics Research 3,184(2015)]。然而，LED要发展成为一种高质量的通用性的光源，完全替代其他光源,还需要解决提高光效,降低成本,降低芯片发热量,提高LED使用寿命等问题,而这些问题全部都受到LED外量子效率(externalquantum efficiency，EQE)比较低的制约[Acta Materialia 61,945-951(2013)]。LED的EQE由内量子效率(internal quantum efficiency，IQE)和萃取效率(light extractionefficiency，LEE)决定[Physics Reports 498,189-241(2011)]。近年来,通过改善有源区的结构与生长方式,IQE获得较大的提升,据报道，InGaN/GaN量子阱LED的IQE可以达到90％以上[Applied Physics Letters 94,023101(2009)]。然而，由于氮化物LED材料与空气具有较大的折射率差，只有少数的光子能逃逸到空气中，大多数其他的光子在界面发生全反射，被材料再吸收或者形成波导模，导致LED的LEE依然较低，这限制了LED的应用与发展。

实用新型内容

为了解决前述的出光率问题，本实用新型提供一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构，通过渐变折射率介质减少菲涅耳透射损耗，设计微透镜阵列纳米结构增大光输出临界角，能有效提高传统LED芯片出光效率。

一种渐变折射率纳米结构结合纳米透镜的LED结构，包括衬底，形成与衬底上的非掺杂GaN层、形成于非掺杂GaN层上的n掺杂GaN层、形成于n掺杂GaN层上的多量子阱层，形成于多量子阱层上的p掺杂GaN层、形成于p掺杂GaN层上的ITO透明电极层、形成于ITO透明电极层上的纳米结构，纳米结构包括ITO纳米柱阵列、在ITO纳米柱阵列间隙的聚苯乙烯(PS)材料和在表面的聚苯乙烯PS微透镜阵列结构。

新型高效率LED结构为近紫外LED，其发光波长为400nm，ITO纳米柱阵列的每个纳米柱为圆锥形，纳米柱的周期为900-1000nm，纳米柱的高度为150nm，纳米柱的直径为700-800nm。

ITO纳米柱阵列的间隙内填有聚苯乙烯PS材料，聚苯乙烯PS材料的厚度约为160nm。

在聚苯乙烯PS材料的表面制备有周期性的聚苯乙烯PS纳米透镜阵列，纳米透镜周期约为400-500nm，纳米透镜约为半球形，纳米透镜的半径约为400-500nm。

衬底为蓝宝石衬底。

采用以上技术方案，本实用新型取得了以下技术效果：

(1)本实用新型提供与传统LED相比，出光效率显著提高。